JP7446261B2

JP7446261B2 - 電動機および換気扇

Info

Publication number: JP7446261B2
Application number: JP2021116419A
Authority: JP
Inventors: 正典東耕; 正樹亀山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2041-07-14
Also published as: JP2023012758A

Description

本開示は、回転子と固定子とを有する電動機および換気扇に関する。

単相電源により駆動する電動機には、回転磁界を発生させるための駆動補助部品である進相コンデンサなどが設けられる。特許文献１には、電動機の外郭の内部に進相コンデンサが設けられている電動機が開示されている。

特開２０１８－１６４３４１号公報

特許文献１に開示される従来の技術によると、電動機の外郭の内部には、回転子、固定子および軸受などの部品が配置されるスペース以外に、進相コンデンサを配置するためのスペースが必要である。電動機は、進相コンデンサを配置するためのスペースが必要である分、外郭が大型になる。駆動補助部品として進相コンデンサ以外の部品が使用される場合も、当該部品を配置するためのスペースは必要となる。このため、従来の技術によると、電動機は、小型化が困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を可能とする電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる電動機は、スロットが形成された固定子鉄心と、スロットに配置された主コイルおよび補助コイルとを有する固定子と、固定子との間に空隙を介して配置された回転子と、を備える。固定子鉄心は、各々が電磁鋼板である複数の第１の電極部と、各々が電磁鋼板である複数の第２の電極部とを有し、第１の電極部と第２の電極部とが交互に積層されており、第１の電極部と第２の電極部とが互いに絶縁されている。複数の第１の電極部は、第１の電極部同士を接合する接合部により互いに電気的に接続されている。複数の第２の電極部は、第２の電極部同士を接合する接合部により互いに電気的に接続されている。固定子鉄心は、第１の電極部と第２の電極部との間の静電容量により補助コイルの位相を進ませる進相コンデンサを構成する。複数の第１の電極部および複数の第２電極部の各々には、切り起こし部が形成されている。第１の電極部の切り起こし部は、第１の電極部同士を接合する接合部を構成する。第２の電極部の切り起こし部は、第２の電極部同士を接合する接合部を構成する。

本開示にかかる電動機は、小型化が可能となるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機の全体構成を示す図実施の形態１にかかる電動機が有する固定子の斜視図図２に示す固定子の一部を示す拡大図図３に示す構成の模式図図３に示す電磁鋼板同士の電気的な接続について説明するための断面図実施の形態１における複数の電磁鋼板を互いに接続する接合部の第１の構成例を模式的に示す断面図実施の形態１における複数の電磁鋼板を互いに接続する接合部の第２の構成例を模式的に示す断面図図７に示す第２の構成例において使用される第１の電磁鋼板を示す平面図図７に示す第２の構成例において使用される第２の電磁鋼板を示す平面図図８および図９に示すX－X線における第１の電磁鋼板および第２の電磁鋼板の断面を示す図図８および図９に示すXI－XI線における第１の電磁鋼板および第２の電磁鋼板の断面を示す図実施の形態１における複数の電磁鋼板を互いに接続する接合部の第３の構成例を模式的に示す断面図図１２に示す第３の構成例において使用される電磁鋼板を示す平面図図１３に示すXIV－XIV線における電磁鋼板の断面を示す図図１３に示すXV－XV線における電磁鋼板の断面を示す図図１３に示すXVI－XVI線における電磁鋼板の断面を示す図図１３に示す電磁鋼板の切り起こし部を示す平面図図１３に示す電磁鋼板の切り起こし部により形成される接合部を示す平面図実施の形態１にかかる電動機における固定子鉄心およびコイルの結線状態を示す第１の結線図実施の形態１にかかる電動機における固定子鉄心およびコイルの結線状態を示す第２の結線図実施の形態１にかかる電動機における固定子鉄心の静電容量の調整について説明するための第１の図実施の形態１にかかる電動機における固定子鉄心の静電容量の調整について説明するための第２の図実施の形態１にかかる電動機を有する換気扇を示す図

以下に、実施の形態にかかる電動機および換気扇を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電動機１００の全体構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる電動機１００が有する固定子１の斜視図である。電動機１００は、単相電源により駆動する単相誘導電動機であって、コンデンサ駆動型誘導電動機である。

電動機１００は、固定子１と、固定子１に囲われて回転可能な回転子５と、回転子５の回転中心に設けられたシャフト３と、電動機１００の外郭を構成するカバー２ａ，２ｂと、シャフト３を回転可能に支持する軸受４ａ，４ｂとを有する。図１では、カバー２ａ，２ｂの断面と、外郭の内部の構成要素とを示す。図１では、外郭の内部の構成要素のうちの一部を断面により示す。

回転子５は、固定子１との間に空隙を介して配置されている。回転子５は、例えばかご形誘導回転子である。回転子５は、磁石式回転子でも良い。シャフト３は、外郭の外部へ突出して配置されており、外郭の内部で発生させた駆動力を外郭の外部へ伝達する。シャフト３のうち外郭の外部における先端部３ａには、換気扇の羽根車などの被駆動体が結合される。電動機１００は、シャフト３を介して被駆動体を回転させる。なお、外郭の内部から外郭の外部へシャフト３が延びている方を負荷側、負荷側とは逆の方を反負荷側と称する。

軸受４ａは、回転子５よりも負荷側に配置されている。軸受４ｂは、回転子５よりも反負荷側に配置されている。カバー２ａは、軸受４ａを収納するハウジング２ｃを有する。カバー２ｂは、軸受４ｂを収納するハウジング２ｄを有する。また、カバー２ａは、固定子１を保持する円筒部２ｅを有する。カバー２ｂは、固定子１を保持する円筒部２ｆを有する。カバー２ａとカバー２ｂとは、ネジなどの固着具により、または溶接等により、互いに締結されている。

固定子１は、固定子鉄心６と、コイル７と、インシュレータ８とを有する。インシュレータ８は、絶縁体からなる巻枠である。コイル７を構成するワイヤは、インシュレータ８に巻き付けられている。コイル７は、主コイルと補助コイルとを含む。

固定子鉄心６は、コアバック６ａと、コアバック６ａよりも回転子５側に形成されている複数のティース６ｂとを有する。固定子鉄心６のうち、互いに隣り合うティース６ｂの間の部位であるスロット６ｃには、コイル７とインシュレータ８とが配置される。固定子鉄心６には、複数のスロット６ｃが形成されている。また、固定子鉄心６は、回転子５へ向かう方とは逆の方へコアバック６ａから突出した２つの突出部６ｄ，６ｅを有する。突出部６ｄと突出部６ｅとは、回転子５の回転中心に対して互いに対称な位置にある。

インシュレータ８は、固定子鉄心６とコイル７とを電気的に絶縁する。インシュレータ８は、薄型であるとともに、絶縁性、耐熱性および強度を有することが求められる。インシュレータ８の材料には、エンジニアリングプラスチックである熱可塑性樹脂、例えば、ポリブチレンテレフタレートが使用される。インシュレータ８の材料には、エンジニアリングプラスチックに類する材料が使用されても良い。なお、図２以降では、図を見易くするためにインシュレータ８の図示を省略する。

固定子鉄心６は、第１の電極部である電磁鋼板１１と第２の電極部である電磁鋼板１２とを有する。電磁鋼板１１と電磁鋼板１２とは、交互に積層されている。固定子鉄心６は、複数の電磁鋼板１１と複数の電磁鋼板１２とを積層させた積層体である。インシュレータ９は、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間に挟持されている。

固定子鉄心６を構成する電磁鋼板１１同士は電気的に接続されている。固定子鉄心６を構成する電磁鋼板１２同士は電気的に接続されている。インシュレータ９が設けられることによって、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２とは互いに絶縁されている。固定子鉄心６は、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間の静電容量により補助コイルの位相を進める進相コンデンサを構成する。

固定子１は、２つの導電ピン１０ａ，１０ｂを有する。導電ピン１０ａは、電磁鋼板１１同士を電気的に接続する第１の導電ピンである。導電ピン１０ｂは、電磁鋼板１２同士を電気的に接続する第２の導電ピンである。導電ピン１０ａは、固定子鉄心６の突出部６ｄに設けられている。突出部６ｄは、導電ピン１０ａが設けられることにより、複数の電磁鋼板１１を互いに電気的に接続する第１の導電部として機能する。導電ピン１０ｂは、固定子鉄心６の突出部６ｅに設けられている。突出部６ｅは、導電ピン１０ｂが設けられることにより、複数の電磁鋼板１２を互いに電気的に接続する第２の導電部として機能する。

図３は、図２に示す固定子１の一部を示す拡大図である。図４は、図３に示す構成の模式図である。図３および図４には、突出部６ｄに設けられている導電ピン１０ａと、導電ピン１０ａの周囲の構成とを示す。図３には、固定子１の一部を斜めに見た様子を示しており、構成の一部を断面により示す。図４では、図３に示す構成の一部を平面的に示す。図４では、コイル７および電磁鋼板１１，１２を断面により示す。図４以降では、図を見易くするためにインシュレータ９の図示を省略する。

図３に示すように、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２は、インシュレータ９を介して交互に積層されている。図４に示すように、コイル７から延びた口出し線７ａは、ワイヤ絡げ部７ｂにおいて導電ピン１０ａに絡げられている。口出し線７ａおよび導電ピン１０ａは、ワイヤ絡げ部７ｂにおいて電気的に接続されている。

インシュレータ９を介して電磁鋼板１１と電磁鋼板１２とが向き合う範囲の面積は可能な限り大きくすることが望ましい。これにより、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間に静電容量を効率良く生じさせることができる。インシュレータ９は、薄型であるほど静電容量が増大する。このため、インシュレータ９は、絶縁性を確保可能な限りにおいてできるだけ薄くされることが望ましい。

図２および図３に示す構成では、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２とは別の部品であるインシュレータ９が電磁鋼板１１および電磁鋼板１２の間に配置される。インシュレータ９は、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２とは別の部品に限られない。インシュレータ９は、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２の一方または双方に形成された絶縁層であっても良い。絶縁層であるインシュレータ９は、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２の一方または双方に絶縁材料を塗装することにより、または、電磁鋼板１１および電磁鋼板１２の一方または双方に絶縁材料のメッキを施すことにより形成される。

図５は、図３に示す電磁鋼板１１同士の電気的な接続について説明するための断面図である。固定子鉄心６のうちコアバック６ａおよびティース６ｂでは、電磁鋼板１１同士の間に電磁鋼板１２およびインシュレータ９が配置されている。固定子鉄心６のうち突出部６ｄでは、電磁鋼板１１同士の間に電磁鋼板１２およびインシュレータ９は配置されていない。突出部６ｄは、固定子鉄心６のうち電磁鋼板１１のみからなる部分である。突出部６ｄでは、電磁鋼板１１同士の間は空隙とされている。

各電磁鋼板１１の突出部６ｄには、導電ピン１０ａの外径と同等の内形の孔が形成されている。導電ピン１０ａは、電磁鋼板１１の孔に圧入される。導電ピン１０ａは、複数の電磁鋼板１１の各々に形成された孔を通され、複数の電磁鋼板１１を互いに電気的に接続する。

電磁鋼板１２同士は、電磁鋼板１１同士の場合と同様に、導電ピン１０ｂにより電気的に接続される。固定子鉄心６のうち突出部６ｅでは、電磁鋼板１２同士の間に電磁鋼板１１およびインシュレータ９は配置されていない。突出部６ｅは、固定子鉄心６のうち電磁鋼板１２のみからなる部分である。突出部６ｅでは、電磁鋼板１２同士の間は空隙とされている。

各電磁鋼板１２の突出部６ｅには、導電ピン１０ｂの外径と同等の内径の孔が形成されている。導電ピン１０ｂは、電磁鋼板１２の孔に圧入される。導電ピン１０ｂは、複数の電磁鋼板１２の各々に形成された孔を通され、複数の電磁鋼板１２を互いに電気的に接続する。

複数の電磁鋼板１１，１２の電気的な接続は、導電ピン１０ａ，１０ｂによるものに限られない。突出部６ｄにおいて、複数の電磁鋼板１１は、電磁鋼板１１の部分的な変形により形成された接合部によって、互いに電気的に接続されても良い。突出部６ｅにおいて、複数の電磁鋼板１２は、電磁鋼板１２の部分的な変形により形成された接合部によって、互いに電気的に接続されても良い。接合部は、かしめ等の金属加工によって形成される。以下に、部分的に変形させて形成された接合部によって複数の電磁鋼板１１を互いに電気的に接続する３つの例を説明する。

図６は、実施の形態１における複数の電磁鋼板１１を互いに接続する接合部の第１の構成例を模式的に示す断面図である。固定子鉄心６の製造時において、突出部６ｄには、電磁鋼板１１同士の間に空隙ができる。第１の構成例の場合、電磁鋼板１１同士の間に空隙がある状態における複数の電磁鋼板１１を積層方向において圧縮する。電磁鋼板１１のうち接合部が形成される位置を部分的に圧縮することによって電磁鋼板１１同士を近づける。圧縮された部分に半抜き加工を施すことによって、電磁鋼板１１同士を接合する接合部が形成される。このようにして、積層方向において隣り合う電磁鋼板１１同士が接合部で接合されることにより、固定子鉄心６を構成する複数の電磁鋼板１１は、互いに電気的に接続される。

また、図６に示す例では、接合部において、電磁鋼板１１同士の間には、厚さを稼ぐための電磁鋼板１３が挟み込まれている。すなわち、電磁鋼板１１同士は、電磁鋼板１３を介して接合されている。電磁鋼板１３が使用されることによって、電磁鋼板１１同士を直接接合させる場合に比べて電磁鋼板１１の変形量を小さくすることができる。電磁鋼板１１の変形量を小さくすることができることで、電磁鋼板１１同士を容易に接合させることができる。電磁鋼板１３には、電磁鋼板１２を形成する際に生じる端材等を利用することができる。この場合、電磁鋼板１３を使用するための追加の材料費が不要となる。なお、電磁鋼板１３を使用しなくても電磁鋼板１１の変形によって電磁鋼板１１同士を容易に接合可能である場合は、電磁鋼板１３を使用しなくても良い。

第１の構成例において、複数の電磁鋼板１２は、突出部６ｅにおいて互いに接合される。積層方向において隣り合う電磁鋼板１２同士は、積層方向において隣り合う電磁鋼板１１同士と同様に、接合部で接合される。

図７は、実施の形態１における複数の電磁鋼板１１を互いに接続する接合部の第２の構成例を模式的に示す断面図である。第２の構成例では、電磁鋼板１１の一部を切り起こすことによって、各電磁鋼板１１に切り起こし部を形成する。切り起こし部に半抜き加工を施すことによって、電磁鋼板１１同士を接合する接合部が形成される。

第２の構成例では、切り起こしの向きが互いに逆とされた２種類の電磁鋼板１１が使用される。２種類の電磁鋼板１１のうちの一方を、第１の電磁鋼板とする。２種類の電磁鋼板１１のうちの他方を、第２の電磁鋼板とする。以下の説明にて、電磁鋼板１１ａは第１の電磁鋼板、電磁鋼板１１ｂは第２の電磁鋼板とする。電磁鋼板１１ａと電磁鋼板１１ｂとは、積層方向において交互に配置される。以下の説明にて、積層方向における一方を上方、積層方向における他方を下方と称する。また、以下の説明において、左および右とは、図中における左および右を表すものとする。

図８は、図７に示す第２の構成例において使用される第１の電磁鋼板を示す平面図である。図８には、第１の電磁鋼板である電磁鋼板１１ａと、電磁鋼板１１ａよりも下方にある電磁鋼板１２の突出部６ｅとを上方から見た様子を示す。

電磁鋼板１１ａの突出部６ｄには、２つの切り起こし部１４ａ，１４ｂが形成される。切り起こし部１４ａを形成する際、突出部６ｄには、左右方向を長手方向とする矩形のうち右端の１辺以外の３辺に沿って切り込みが施される。その後、当該矩形部分の右端を折り曲げることによって当該矩形部分を下方へ起こし、さらに、当該矩形部分の左端部が積層方向に垂直になるように当該矩形部分の中央付近を折り曲げることによって、切り起こし部１４ａが形成される。

切り起こし部１４ｂが形成される際、突出部６ｄには、左右方向を長手方向とする矩形のうち左端の１辺以外の３辺に沿って切り込みが施される。その後、当該矩形部分の左端を折り曲げることによって当該矩形部分を上方へ起こし、さらに、当該矩形部分の右端部が積層方向に垂直になるように当該矩形部分の中央付近を折り曲げることによって、切り起こし部１４ｂが形成される。

図９は、図７に示す第２の構成例において使用される第２の電磁鋼板を示す平面図である。図９には、第２の電磁鋼板である電磁鋼板１１ｂと、電磁鋼板１１ｂよりも下方にある電磁鋼板１２の突出部６ｅとを上方から見た様子を示す。

電磁鋼板１１ｂの突出部６ｄには、２つの切り起こし部１５ａ，１５ｂが形成される。切り起こし部１５ａでは、切り起こし部１５ａの右端部が上方へ切り起こされている。切り起こし部１５ｂでは、切り起こし部１５ｂの左端部が下方へ切り起こされている。

図１０は、図８および図９に示すX－X線における第１の電磁鋼板および第２の電磁鋼板の断面を示す図である。図１１は、図８および図９に示すXI－XI線における第１の電磁鋼板および第２の電磁鋼板の断面を示す図である。電磁鋼板１１ａ１および電磁鋼板１１ａ２は、積層方向において互いに隣り合う電磁鋼板１１ａとする。電磁鋼板１１ａ２は、電磁鋼板１１ａ１の下方に配置される。電磁鋼板１１ｂ１は、電磁鋼板１１ａ１と電磁鋼板１１ａ２との間に配置される電磁鋼板１１ｂとする。

電磁鋼板１１ａ１のうちX－X線に形成されている切り起こし部１４ａは、下方へ切り起こされている。電磁鋼板１１ｂ１のうちX－X線に形成されている切り起こし部１５ａは、上方へ切り起こされている。このように、電磁鋼板１１ａ１の切り起こし部１４ａと電磁鋼板１１ｂ１の切り起こし部１５ａとは、積層方向において互いに異なる向きに切り起こされている。図１０に示すように、電磁鋼板１１ａ１の切り起こし部１４ａと電磁鋼板１１ｂ１の切り起こし部１５ａとは、互いに接触する。

電磁鋼板１１ｂ１のうちXI－XI線に形成されている切り起こし部１５ｂは、下方へ切り起こされている。電磁鋼板１１ａ２のうちXI－XI線に形成されている切り起こし部１４ｂは、上方へ切り起こされている。このように、電磁鋼板１１ｂ１の切り起こし部１５ｂと電磁鋼板１１ａ２の切り起こし部１４ｂとは、積層方向において互いに異なる向きに切り起こされている。図１１に示すように、電磁鋼板１１ｂ１の切り起こし部１５ｂと電磁鋼板１１ａ２の切り起こし部１４ｂとは、互いに接触する。

図１０および図１１に示すように電磁鋼板１１ａと電磁鋼板１１ｂとが互いに接触された状態で、半抜き加工が施されることによって、電磁鋼板１１ａと電磁鋼板１１ｂとを接合する接合部が形成される。このようにして、積層方向において隣り合う電磁鋼板１１ａと電磁鋼板１１ｂとが接合部で接合されることにより、固定子鉄心６を構成する複数の電磁鋼板１１は、互いに電気的に接続される。

第２の構成例では、切り起こしの向きが互いに逆とされた２種類の電磁鋼板１２が使用される。図８には、２種類の電磁鋼板１２のうちの一方の突出部６ｅを示す。図９には、２種類の電磁鋼板１２のうちの他方の突出部６ｅを示す。図８に示す突出部６ｅには、電磁鋼板１１ａの突出部６ｄと同様に、２つの切り起こし部１４ａ，１４ｂが形成される。図９に示す突出部６ｅには、電磁鋼板１１ｂの突出部６ｄと同様に、２つの切り起こし部１５ａ，１５ｂが形成される。積層方向において隣り合う電磁鋼板１２同士は、電磁鋼板１１ａおよび電磁鋼板１１ｂと同様に、接合部で接合される。

図１２は、実施の形態１における複数の電磁鋼板１１を互いに接続する接合部の第３の構成例を模式的に示す断面図である。第３の構成例では、各電磁鋼板１１に複数の切り起こし部を形成する。積層方向において互いに隣り合う電磁鋼板１１同士において、一方の電磁鋼板１１に形成された切り起こし部を、他方の電磁鋼板１１に形成された切り起こし部同士の間に挟み込ませることによって、電磁鋼板１１同士を接合する接合部が形成される。

図１３は、図１２に示す第３の構成例において使用される電磁鋼板１１を示す平面図である。電磁鋼板１１ｃは、第３の構成例において使用される電磁鋼板１１とする。図１３には、電磁鋼板１１ｃと、電磁鋼板１１ｃよりも下方にある電磁鋼板１２の突出部６ｅとを上方から見た様子を示す。

以下の説明にて、図に示す平面内の方向であって左右方向に垂直な方向を縦方向とする。電磁鋼板１１ｃの突出部６ｄには、縦方向に並んだ３つの切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。

切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成する際、突出部６ｄには、左右方向への直線状の切り込みが４本等間隔に形成される。４本の切り込みのうち縦方向における中央２本の切り込みを、第１の切り込みおよび第２の切り込みとする。図１３に示すXV－XV線は、第１の切り込みと第２の切り込みとの間を通る左右方向の直線である。４本の切り込みのうち第１の切り込みと隣り合う切り込みを第３の切り込みとする。図１３に示すXIV－XIV線は、第１の切り込みと第３の切り込みとの間を通る左右方向の直線である。４本の切り込みのうち第２の切り込みと隣り合う切り込みを第４の切り込みとする。図１３に示すXVI－XVI線は、第２の切り込みと第４の切り込みとの間を通る左右方向の直線である。

切り起こし部１６ａは、第１の切り込みと第３の切り込みとの間の部分を上方へ押し出すことによって形成される。切り起こし部１６ｂは、第１の切り込みと第２の切り込みとの間の部分を下方へ押し出すことによって形成される。切り起こし部１６ｃは、第２の切り込みと第４の切り込みとの間の部分を上方へ押し出すことによって形成される。

図１４は、図１３に示すXIV－XIV線における電磁鋼板１１ｃの断面を示す図である。図１５は、図１３に示すXV－XV線における電磁鋼板１１ｃの断面を示す図である。図１６は、図１３に示すXVI－XVI線における電磁鋼板１１ｃの断面を示す図である。図１４から図１６に示す電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３は、積層方向において互いに隣り合う電磁鋼板１１ｃとする。電磁鋼板１１ｃ１は、電磁鋼板１１ｃ２の上方に配置される。電磁鋼板１１ｃ３は、電磁鋼板１１ｃ２の下方に配置される。

図１４には、各電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３に形成されている切り起こし部１６ａの断面を示す。図１５には、各電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３に形成されている切り起こし部１６ｂの断面と、切り起こし部１６ｂよりも紙面奥側にある切り起こし部１６ａの側面の一部とを示す。図１６には、各電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３に形成されている切り起こし部１６ｃの断面と、切り起こし部１６ｃよりも紙面奥側にある切り起こし部１６ｂの側面の一部とを示す。

図１７は、図１３に示す電磁鋼板１１ｃの切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを示す平面図である。図１８は、図１３に示す電磁鋼板１１ｃの切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより形成される接合部を示す平面図である。図１７には、図１３に示す切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを、電磁鋼板１１ｃよりも右方から見た様子を示す。図１８には、３つの電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３が積層された状態における各電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３の切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを、電磁鋼板１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３よりも右方から見た様子を示す。

電磁鋼板１１ｃ１の切り起こし部１６ｂは、電磁鋼板１１ｃ２の切り起こし部１６ａと電磁鋼板１１ｃ２の切り起こし部１６ｃとの間に嵌め込まれて、電磁鋼板１１ｃ２の切り起こし部１６ａと電磁鋼板１１ｃ２の切り起こし部１６ｃとに接合される。このように、積層方向において互いに隣り合う電磁鋼板１１ｃ１および電磁鋼板１１ｃ２において、一方の電磁鋼板１１ｃ１に形成された切り起こし部１６ｂを、他方の電磁鋼板１１ｃ２に形成された切り起こし部１６ａおよび切り起こし部１６ｃの間に挟み込ませる。これにより、電磁鋼板１１ｃ１と電磁鋼板１１ｃ２とを接合する接合部が形成される。

電磁鋼板１１ｃ２の切り起こし部１６ｂは、電磁鋼板１１ｃ３の切り起こし部１６ａと電磁鋼板１１ｃ３の切り起こし部１６ｃとの間に嵌め込まれて、電磁鋼板１１ｃ３の切り起こし部１６ａと電磁鋼板１１ｃ３の切り起こし部１６ｃとに接合される。このように、積層方向において互いに隣り合う電磁鋼板１１ｃ２および電磁鋼板１１ｃ３において、一方の電磁鋼板１１ｃ２に形成された切り起こし部１６ｂを、他方の電磁鋼板１１ｃ３に形成された切り起こし部１６ａおよび切り起こし部１６ｃの間に挟み込ませる。これにより、電磁鋼板１１ｃ２と電磁鋼板１１ｃ３とを接合する接合部が形成される。このようにして、積層方向において隣り合う電磁鋼板１１ｃ同士が接合部で接合されることにより、固定子鉄心６を構成する複数の電磁鋼板１１は、互いに電気的に接続される。

第３の構成例では、電磁鋼板１２の突出部６ｅにも、電磁鋼板１１ｃの突出部６ｄと同様に、３つの切り起こし部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。積層方向において隣り合う電磁鋼板１２同士は、積層方向において隣り合う電磁鋼板１１ｃ同士と同様に、接合部で接合される。

複数の電磁鋼板１１の接続と、複数の電磁鋼板１２の接続との各々には、溶接、または導電性材料を介した接着といった手段が適用されても良い。すなわち、突出部６ｄにおいて、複数の電磁鋼板１１は、溶接、または導電性材料を介した接着により形成された接合部によって互いに電気的に接続されても良い。突出部６ｅにおいて、複数の電磁鋼板１２は、溶接、または導電性材料を介した接着により形成された接合部によって互いに電気的に接続されても良い。導電性材料を介した接着の例は、はんだ付けである。

複数の電磁鋼板１１の接続と、複数の電磁鋼板１２の接続との各々には、複数の手段が複合されて適用されても良い。また、かしめまたは圧入といった加工により接合部を形成する場合に、スポット溶接などによる接合を併用しても良い。これにより、接合の強度を向上させることによって、電磁鋼板１１同士の安定した接続、または電磁鋼板１２同士の安定した接続が可能となる。

なお、上記説明では、電磁鋼板１１同士の接合と電磁鋼板１２同士の接合とにおいて互いに同じ構成の接合部を適用することとしたが、これに限られない。例えば、電磁鋼板１１の接合部には導電ピン１０ａを使用し、電磁鋼板１２の接合部には溶接を使用するというように、電磁鋼板１１同士の接合と電磁鋼板１２同士の接合とには、互いに異なる構成の接合部が使用されても良い。

次に、コイル７と、進相コンデンサとして機能する固定子鉄心６との接続について説明する。図１９は、実施の形態１にかかる電動機１００における固定子鉄心６およびコイル７の結線状態を示す第１の結線図である。図２０は、実施の形態１にかかる電動機１００における固定子鉄心６およびコイル７の結線状態を示す第２の結線図である。電動機１００には、第１の結線図に示される構成と第２の結線図に示される構成とのいずれを適用しても良い。

図１９および図２０に示すように、コイル７は、２相のコイルである主コイル１７および補助コイル１８を有する。電源１９は、電動機１００へ電力を供給する。単相誘導電動機である電動機１００は、進相コンデンサを使用して電流の位相角を進ませ、互いに位相がずれた３つの電流を作り出すことによって磁界を生じさせる。固定子鉄心６は、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間の静電容量により補助コイル１８の位相を進ませる進相コンデンサを構成する。固定子鉄心６は、電源１９の電圧を分圧する分圧コンデンサとしても機能する。

図１９において、主コイル１７と補助コイル１８との各々は、電源１９に並列に接続されている。図１９において、固定子鉄心６は、補助コイル１８に直列に接続されている。図２０において、主コイル１７と補助コイル１８との各々は、電源１９に直列に接続されている。図２０において、固定子鉄心６は、主コイル１７に並列に接続されている。

固定子鉄心６に進相コンデンサの機能を持たせるためには、電磁鋼板１１，１２の表面積の７０％以上を、インシュレータ９を介して互いに対向させるとともに、インシュレータ９の厚さを０．５ｍｍ以下とされることが求められる。これにより、固定子鉄心６は、進相コンデンサに必要な静電容量を確保することができる。なお、電磁鋼板１１，１２の表面積の７０％以上を対向させる、またはインシュレータ９の厚さを０．５ｍｍ以下とするといった条件は、電動機１００の出力帯、または電動機１００に求められる効率などといった、電動機１００の設計コンセプトによって適宜変更しても良い。

例えば、固定子１の外径が８０ｍｍ程度である電動機１００の場合、電動機１００に想定される出力帯を考慮して、固定子鉄心６の静電容量が１μＦ以上であれば、固定子鉄心６は、進相コンデンサおよび分圧コンデンサのいずれとしても使用することができる。

ここで、固定子鉄心６によって実現可能な静電容量について説明する。ここでは、固定子１の外径が８０ｍｍ、かつ、固定子１の内径が４０ｍｍであるものとする。固定子１の外径は、固定子鉄心６のうち突出部６ｄ，６ｅを除いた部分の外径とする。固定子１の内径は、固定子鉄心６のうち回転子５が配置される空洞部分の径とする。電磁鋼板１１，１２の１枚当たりの表面積は、３７７０ｍｍ^２と求まる。表面積３７７０ｍｍ^２は、スロット６ｃの断面積を含めた表面積であって、突出部６ｄ，６ｅを除いた表面積とする。スロット６ｃの断面積の合計が５００ｍｍ^２とすると、表面積３７７０ｍｍ^２からスロット６ｃの断面積を差し引いた面積は３２７０ｍｍ^２である。また、電磁鋼板１１，１２の１枚当たりの表面積からスロット６ｃの断面積を差し引いた３２７０ｍｍ^２のうち、コンデンサとして有効に使用できる面積の割合は７０％とする。すなわち、固定子鉄心６は、３２７０ｍｍ^２の７０％である２２８９ｍｍ^２をコンデンサとして機能させる。この場合において、固定子鉄心６の積層方向長さが６０ｍｍ、各電磁鋼板１１，１２の板厚が０．２ｍｍであるものとすると、固定子鉄心６のうちコンデンサとして機能する部分の面積Ｓは、０．６８４ｍ^２と求まる。

また、インシュレータ９の板厚ｄが０．５ｍｍ、インシュレータ９の比誘電率ε_ｓが１００、かつ、真空の誘電率ε_０が８．８５×１０^－１２Ｆ／ｍとする。静電容量をＣとすると、Ｃ＝ε_０×ε_ｓ×Ｓ／ｄの関係が成り立つ。かかる関係から、静電容量Ｃは、およそ１．２μＦと求まる。この場合、静電容量１μＦ以上の条件を満足するため、固定子鉄心６は、進相コンデンサおよび分圧コンデンサのいずれとしても使用することができる。

固定子鉄心６の静電容量が、進相コンデンサに必要な静電容量を大きく上回る場合、電磁鋼板１１，１２のうちコンデンサとして機能する部分の面積を減らす、電磁鋼板１１，１２の枚数を減らす、インシュレータ９を厚くする、インシュレータ９の材料を変更するといった措置を取り得る。インシュレータ９の材料として、比誘電率が低い材料を選定することによって、静電容量を小さくすることができる。または、交互に積層される電磁鋼板１１の枚数と電磁鋼板１２の枚数とを調整することによって静電容量を調整しても良い。

図２１は、実施の形態１にかかる電動機１００における固定子鉄心６の静電容量の調整について説明するための第１の図である。図２２は、実施の形態１にかかる電動機１００における固定子鉄心６の静電容量の調整について説明するための第２の図である。図２１には、図３に示すように１枚の電磁鋼板１１と１枚の電磁鋼板１２とを交互に積層する場合の構成を模式的に示す。図２２には、２枚の電磁鋼板１１と２枚の電磁鋼板１２とを交互に積層する場合の構成を模式的に示す。図２２に示す構成では、図２１に示す構成に比べて積層容量を半減させることができる。このように、交互に積層される電磁鋼板１１の枚数と電磁鋼板１２の枚数とを増やすことによって、固定子鉄心６の静電容量を減少させることができる。なお、固定子鉄心６において、３枚以上の電磁鋼板１１と３枚以上の電磁鋼板１２とが交互に積層されても良い。

図２１および図２２の各々では、互いに積層される電磁鋼板１１の数と電磁鋼板１２の数とは、固定子鉄心６の全体において同じである。この場合、交互に積層される電磁鋼板１１の枚数と電磁鋼板１２の枚数とを調整することで、静電容量を整数倍にする調整を行い得る。

なお、固定子鉄心６のうち積層方向における一部のみをコンデンサとして機能させることとしても良い。例えば、積層された電磁鋼板１１，１２のうち、下方側の１割を除いた部分のみをコンデンサとして機能させることとしても良い。この場合、積層された電磁鋼板１１，１２の全てをコンデンサとして機能させる場合に比べて、静電容量が１割少なくなる。このように、積層された電磁鋼板１１，１２のうちコンデンサとして機能させる部分の範囲を調整することによって、静電容量を任意に調整することができる。

実施の形態１にかかる電動機１００では、固定子鉄心６のうちコンデンサとして機能させる部分の構成を上述する各手段により調整することによって、静電容量を任意に調整することができる。電動機１００は、上述する複数の手段を適宜組み合わせることによって静電容量が調整されても良い。これにより、電動機１００は、技術面または製造面での制約により単一の手段では静電容量の調整が難しい場合であっても、所望の静電容量を得るための調整が可能となる。

実施の形態１によると、電動機１００は、進相コンデンサを構成する固定子鉄心６を有する。電動機１００は、固定子鉄心６とは別に進相コンデンサを設ける場合と比べて、必要となるスペースを少なくすることができる。これにより、電動機１００は、小型化が可能となるという効果を奏する。また、電動機１００は、軽量化と製造コスト低減とが可能となる。

次に、電動機１００を有する電気機器の例を説明する。図２３は、実施の形態１にかかる電動機１００を有する換気扇３０を示す図である。換気扇３０は、工場、倉庫、店舗または住宅といった建物において、壁に形成された開口に取り付けられる。換気扇３０は、室内から室外への排気または室外から室内への給気により、室内の換気を行う。

換気扇３０は、電動機１００と、電動機１００の駆動力によって回転する羽根車３１と、開口３３を有する本体枠３２と、本体枠３２に取り付けられた４つの支持脚３４と、電動機１００を商用電源に接続するためのリード線３５とを有する。商用電源の図示は省略する。電動機１００は、４つの支持脚３４によって支持されている。羽根車３１は、開口３３に配置されている。換気扇３０は、羽根車３１を回転させることによって、開口３３を通る空気流を発生させる。リード線３５は、１つの支持脚３４に括り付けられている。

換気扇３０は、小型化を実現可能な電動機１００を備えることで、構成の小型化、軽量化および製造コスト低減が可能となる。また、換気扇３０は、電動機１００が小型になることによって、構成要素の配置の自由度を向上させることができ、設計の自由度を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態１にかかる電動機１００は、換気扇３０以外の電気機器に適用されても良い。電動機１００が適用される電気機器は、電動機１００の駆動力によって被駆動体を回転させるものであれば良い。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１固定子、２ａ，２ｂカバー、２ｃ，２ｄハウジング、２ｅ，２ｆ円筒部、３シャフト、３ａ先端部、４ａ，４ｂ軸受、５回転子、６固定子鉄心、６ａコアバック、６ｂティース、６ｃスロット、６ｄ，６ｅ突出部、７コイル、７ａ口出し線、７ｂワイヤ絡げ部、８，９インシュレータ、１０ａ，１０ｂ導電ピン、１１，１１ａ，１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ，１１ｂ１，１１ｃ，１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３，１２，１３電磁鋼板、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ切り起こし部、１７主コイル、１８補助コイル、１９電源、３０換気扇、３１羽根車、３２本体枠、３３開口、３４支持脚、３５リード線、１００電動機。

Claims

スロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに配置された主コイルおよび補助コイルとを有する固定子と、
前記固定子との間に空隙を介して配置された回転子と、を備え、
前記固定子鉄心は、各々が電磁鋼板である複数の第１の電極部と、各々が電磁鋼板である複数の第２の電極部とを有し、前記第１の電極部と前記第２の電極部とが交互に積層されており、前記第１の電極部と前記第２の電極部とが互いに絶縁されており、
複数の前記第１の電極部は、前記第１の電極部同士を接合する接合部により互いに電気的に接続されており、
複数の前記第２の電極部は、前記第２の電極部同士を接合する接合部により互いに電気的に接続されており、
前記固定子鉄心は、前記第１の電極部と前記第２の電極部との間の静電容量により前記補助コイルの位相を進ませる進相コンデンサを構成し、
複数の前記第１の電極部および複数の前記第２の電極部の各々には、切り起こし部が形成されており、
前記第１の電極部の前記切り起こし部は、前記第１の電極部同士を接合する前記接合部を構成し、
前記第２の電極部の前記切り起こし部は、前記第２の電極部同士を接合する前記接合部を構成することを特徴とする電動機。
前記固定子鉄心は、コアバックと、前記回転子とは逆の方へ前記コアバックから突出した突出部とを有し、
前記第１の電極部の前記切り起こし部は、前記第１の電極部のうち前記突出部を構成する部分に形成されており、
前記第２の電極部の前記切り起こし部は、前記第２の電極部のうち前記突出部を構成する部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
複数の第１の電極部には、前記切り起こし部の切り起こしの向きが互いに逆である２種類の前記電磁鋼板が含まれており、
複数の第２の電極部には、前記切り起こし部の切り起こしの向きが互いに逆である２種類の前記電磁鋼板が含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
前記第１の電極部に複数の前記切り起こし部が形成されており、
前記第２の電極部に複数の前記切り起こし部が形成されており、
積層方向において互いに隣り合う前記第１の電極部同士において、一方の前記第１の電極部に形成された前記切り起こし部が、他方の前記第１の電極部に形成された前記切り起こし部同士の間に挟み込まれることによって、前記第１の電極部同士を接合する前記接合部が形成されており、
前記積層方向において互いに隣り合う前記第２の電極部同士において、一方の前記第２の電極部に形成された前記切り起こし部が、他方の前記第２の電極部に形成された前記切り起こし部同士の間に挟み込まれることによって、前記第２の電極部同士を接合する前記接合部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機と、
前記電動機の駆動力によって回転する羽根車と、を備えることを特徴とする換気扇。